Safran teste l’Open Fan avec l’A380 : une révolution pour l’aviation pour 2030 ?
Le projet TAKE OFF se penche sur l’avenir des moteurs d’avion avec l’Open Fan, une innovation prometteuse.
Du turbofan à l’Open fan
Pour commencer, il est essentiel d’examiner la technologie qui équipe presque tous les avions de ligne actuels : le turbofan ou turboréacteur à double flux. Ce moteur, qui combine les mots turbine et fan en anglais, fonctionne tel un immense ventilateur installé à l’avant d’un réacteur. La grande roue à l’entrée du moteur (appelée la soufflante) attire une abondante quantité d’air. Une fraction de cet air pénètre dans le noyau du moteur, où il est comprimé, mélangé au carburant et ensuite brûlé, tandis qu’une autre partie contourne cette zone chaude pour circuler autour.
Dans les avions modernes, environ 80 % de la poussée est générée par la grande soufflante, la partie centrale du moteur jouant principalement le rôle d’un générateur d’énergie. Cela explique pourquoi les moteurs contemporains ont des diamètres remarquables. Sur certains modèles récents, la soufflante peut atteindre plus de 3 mètres de diamètre, ce qui équivaut à la hauteur d’un petit immeuble d’un étage !
Ce gigantesque ventilateur est logé dans une nacelle aux contours aérodynamiques, conçue pour optimiser l’aérodynamisme et diminuer les nuisances sonores.
Peut-on envisager de retirer cette nacelle ? C’est justement l’idée derrière l’Open Fan, où les pales restent visibles, semblables à une grande hélice fixée à l’arrière d’un réacteur.
Cette notion n’est pas récente. Déjà étudiée dans les années 1980 par GE Aviation, elle avait été mise de côté en raison de l’absence de technologies adéquates. Les avancées récentes, notamment dans les matériaux composites, la simulation numérique et l’aérodynamisme, permettent aujourd’hui de redonner vie à ce concept.
Le projet européen TAKE OFF, qui signifie Technology and Knowledge for European Open Fan Flight, a été lancé pour tester ce moteur expérimental sur un avion réel, avec Safran en position de leader.
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Un programme européen de 139 022 721,03 d’euros pour préparer le moteur du futur
Pourquoi retirer la nacelle d’un moteur peut faire économiser du carburant ?
Il est intéressant de s’attarder sur la logique physique qui sous-tend l’Open Fan.
À la différence d’un moteur d’automobile, celui d’un avion ne fonctionne pas de la même manière. La principale poussée est générée par l’air qui est accéléré par la grande soufflante à l’avant du moteur.
Plus cette soufflante est volumineuse, plus elle peut déplacer d’air tout en consommant moins d’énergie.
Le projet TAKE OFF s’inscrit dans le programme européen Clean Aviation, une initiative de recherche majeure destinée à réduire l’empreinte environnementale du transport aérien. Ce programme finance des travaux sur les technologies susceptibles d’équiper la prochaine génération d’avions plus sobres en carburant et moins émetteurs de CO₂.
Le financement apporté par l’Union européenne au projet TAKE OFF atteint environ 100 millions d’euros, pour un budget total estimé à 139 millions d’euros. Dans l’industrie aéronautique, un tel montant correspond toutefois davantage à une phase de démonstration technologique qu’au développement complet d’un nouveau moteur. Les programmes industriels de propulsion aéronautique se chiffrent généralement en plusieurs milliards d’euros.
Le projet est piloté par Safran Aircraft Engines et rassemble un consortium de 25 partenaires européens. Parmi eux figurent notamment Airbus, Avio Aero, GKN Aerospace, ainsi que plusieurs universités et centres de recherche spécialisés dans l’aéronautique.
Cette coopération fonctionne comme un vaste écosystème industriel et scientifique. Chaque partenaire intervient sur un domaine précis, qu’il s’agisse de l’aérodynamique, des matériaux avancés, de l’instrumentation ou encore de la modélisation numérique des performances moteur.
L’objectif du programme est de valider les technologies nécessaires à un moteur capable d’équiper la prochaine génération d’avions commerciaux attendue à partir du milieu des années 2030. Ces travaux doivent notamment permettre d’améliorer l’efficacité énergétique des moteurs et de contribuer à la réduction globale des émissions du transport aérien.
On peut établir une analogie avec un ventilateur domestique : un petit ventilateur qui tourne rapidement ne déplace que peu d’air tout en consommant une quantité d’énergie élevée. En revanche, un ventilateur de grande taille, tournant plus lentement, peut déplacer une plus grande masse d’air avec beaucoup moins d’effort.
Le carénage du turbofan limite la taille de la soufflante
En éliminant cette nacelle, il serait possible d’augmenter considérablement l’envergure des pales, ce qui permettrait de réaliser des économies d’énergie d’environ 20 %.
Dans le secteur de l’aviation commerciale, un tel pourcentage attire immédiatement l’attention des compagnies aériennes : un avion monocouloir consomme environ 2 500 litres de carburant par heure de vol, une amélioration de 20 % signifierait ainsi près de 500 litres économisés chaque heure !
Pourquoi l’Open Fan ressemble à une hélice… sans en être une
Lorsqu’on observe les prototypes de moteurs Open Fan, la réaction la plus fréquente est immédiate : « On dirait une hélice ». Cette impression visuelle est compréhensible, mais elle peut être trompeuse.
Une hélice classique génère directement la poussée en accélérant l’air vers l’arrière grâce à la rotation de ses pales. Dans un moteur Open Fan, les pales visibles sont en réalité intégrées à un système de propulsion bien plus complexe, entraîné par une turbine interne similaire à celle d’un turboréacteur.
Le principe s’apparente à celui d’un turbofan moderne, mais avec une différence majeure : la soufflante n’est plus enfermée dans une nacelle. Les grandes pales externes sont directement exposées à l’air, ce qui permet de déplacer un volume d’air beaucoup plus important et d’améliorer l’efficacité propulsive.
La distinction avec une hélice conventionnelle tient notamment à la vitesse de rotation et à la géométrie très particulière des pales. Celles-ci possèdent des profils aérodynamiques avancés, fortement vrillés et souvent en forme de cimeterre. Elles sont conçues pour fonctionner à des vitesses transsoniques, proches de celles rencontrées dans les moteurs à réaction.
La conception de ce type de moteur pose plusieurs défis techniques majeurs. Les ingénieurs doivent notamment limiter les vibrations générées par les grandes pales, réduire le niveau sonore, garantir la résistance mécanique de structures soumises à d’importantes contraintes centrifuges et maîtriser l’écoulement de l’air autour de l’avion.
Au final, l’Open Fan peut être considéré comme une forme d’hybridation entre une hélice à très haut rendement et un turbofan moderne.
Une démonstration en vol prévue sur un Airbus A380
Pour valider cette technologie, les ingénieurs prévoient d’installer un démonstrateur de moteur Open Fan sur un Airbus A380, le plus grand avion de ligne actuellement construit.
Ce choix peut sembler surprenant, car cette architecture de propulsion vise principalement les futurs avions monocouloirs destinés aux liaisons court et moyen-courriers. L’A380 sera en réalité utilisé comme laboratoire volant.
La taille exceptionnelle de l’appareil offre plusieurs avantages. Elle permet d’intégrer un moteur expérimental sans modifier profondément la structure de l’avion et laisse suffisamment d’espace pour installer une instrumentation scientifique très complète.
Cette instrumentation permettra de mesurer en conditions réelles de nombreux paramètres essentiels, notamment la consommation de carburant, les performances aérodynamiques, les niveaux de bruit et les contraintes mécaniques transmises à la cellule de l’avion.
La campagne d’essais en vol est envisagée à l’horizon 2029, lorsque le démonstrateur aura atteint un niveau de maturité technologique suffisant pour être testé dans des conditions représentatives de l’exploitation future.
Des projets technologiques qui s’emboîtent comme des briques
Le programme s’appuie sur plusieurs initiatives antérieures :
- Le premier, nommé OFELIA pour Open Fan for Environmental Low Impact of Aviation, a permis d’expérimenter diverses technologies cruciales pour le moteur : conception des pales, aérodynamique, matériaux.
- Un second programme, COMPANION pour Common Platform and Advanced Instrumentation Readiness for Ultra Efficient Propulsion, se concentre sur l’intégration du moteur dans l’avion.
Il représente l’étape suivante, passant de la recherche technologique à une mise en œuvre concrète.
L’enjeu : préparer la prochaine génération d’avions européens
Ce projet soulève une question stratégique importante.
L’aviation commerciale doit réduire drastiquement ses émissions de dioxyde de carbone dans les décennies à venir. Différentes pistes technologiques se dessinent : carburants durables, hydrogène, amélioration des moteurs.
Si les performances escomptées se confirment, ce type de moteur pourrait équiper les avions monocouloirs qui remplaceront les Airbus A320 dans les années 2030.
